异金属氧簇定向转化制备钙钛矿太阳能电池宽带隙阴极界面材料

　　Angew：异金属氧簇定向转化制备钙钛矿太阳能电池宽带隙阴极界面材料
　　文章信息
　　异金属氧簇定向转化制备钙钛矿太阳能电池宽带隙阴极界面材料
　　第一作者：肖国斌、穆希皎、周书宇和朱柳
　　通讯作者：彭勇，张磊，曹靖
　　单位：兰州大学，中国科学院福建物质结构研究所，中国科学院兰州化学物理研究所，吉林大学，南开大学
　　研究背景
　　经过十余年的快速发展，钙钛矿太阳能电池的光电转化效率超过25，已经成为了最具竞争力的光伏电池技术。但由于低温溶液法制备的多晶钙钛矿薄膜不可避免地形成大量晶界，导致钙钛矿薄膜的缺陷密度较高。晶界缺陷与环境中水和氧的高度反应性导致钙钛矿薄膜的降解，进而降低了钙钛矿太阳能电池的稳定性。此外，界面载流子的复合仍然是限制器件效率进一步提升的关键。
　　文章简介
　　兰州大学曹靖教授课题组与中科院福建物构所南开大学张磊教授合作在国际知名期刊Angew。Chem。Int。Ed。上发表题为DirectionalTransformationofHeterometallicOxoClusters：ANewApproachtoPrepareWideBandgapCathodeInterlayersforPerovskiteSolarCells的研究论文。该工作发展了一种新策略：将团簇作为分子前驱体制备宽带隙、具有优异界面电荷传输能力的阴极界面修饰材料，从而构筑高效稳定的钙钛矿太阳能电池器件。
　　本文要点
　　要点一：利用异金属氧簇定向制备了PbSO4PbTi3O7异质结构
　　将团簇作为分子前驱体，通过原位加热的方法，利用异金属氧簇定向制备了PbSO4PbTi3O7异质结构。
　　（来源：Angew。Chem。Int。Ed。）Figure1。（a）Crystalstructureofclusterandinsitutransformation。（b）XRDofsimulatedPbSO4，PbTi3O7andPbSO4PbTi3O7transformedfromcluster。（ce）HAADFCsSTEMimagesofheterostructureofPbSO4（100）andPbTi3O7（011）。（f）SchematicofPSCmodifiedwithPbSO4PbTi3O7。Scanningelectronmicroscope（SEM）imagesofSnO2substrateswithout（g）andwith（h）PbSO4PbTi3O7modification。
　　要点二：宽带隙的PbSO4PbTi3O7异质结构对电荷传输性能的影响
　　宽带隙的PbSO4PbTi3O7异质结构可以有效地抑制界面电荷的复合，并且硫酸根中的氧可以与钙钛矿中的碘相互作用促进界面电子的提取，异质结中PbSO4和PbTi3O7两相界面的金属性可以促进电子的传输。
　　（来源：Angew。Chem。Int。Ed。）Figure2。Electroncutoffregion（a）andvalencebandregion（b）ofUPSspectraofSnO2substrateswithandwithoutPbSO4PbTi3O7coating。（c）EnergybandalignmentinPSCs。（d）Ramanspectraofperovskite（PVSK），PbSO4PbTi3O7andPVSKwithPbSO4PbTi3O7。（e）GeometrystructureofNEGFtransportregionbetweenPbSO4andPVSK。Electrontransportprobability（f）andprojectedlocalizationdensityofstates（g）ofPbSO4PVSKsystem。（h）GeometrystructureofNEGFtransportregionofPbSO4andPbTi3O7。（i）ElectronicstructureofPbSO4（100）andPbTi3O7（011）interface。（j）ElectrontransmissionprobabilityofPbSO4PbTi3O7heterostructure。
　　实验结果表明PbSO4PbTi3O7异质结构可以有效的促进界面电荷的提取和传输，抑制界面电荷的复合。
　　（来源：Angew。Chem。Int。Ed。）Figure3。SEMimagesofperovskitefilmswithout（a）andwith（b）PbSO4PbTi3O7。AFMimagesofperovskitefilmswithout（c）andwith（d）PbSO4PbTi3O7。（e）PhotoluminescencespectraofperovskitefilmswithoutandwithPbSO4PbTi3O7。MottSchottkyanalyses（f）andEISplots（g）ofdeviceswithoutandwithPbSO4PbTi3O7。
　　KPFM测试结果表明PbSO4PbTi3O7修饰层可以促进界面电子的提取和传输。
　　（来源：Angew。Chem。Int。Ed。）Figure4。CrosssectionalAFMtopographyimagesofdeviceswith（a）andwithout（d）PbSO4PbTi3O7。KPFMsurfacepotential（SP）imagestakenonthecrosssectionalsurfaceofdeviceswith（b）andwithout（e）PbSO4PbTi3O7。Surfacepotentialprofile（c）andelectricfielddistribution（f）ofthecrosssectionalsurfaceofdeviceswithandwithoutPbSO4PbTi3O7。
　　要点三：PbSO4PbTi3O7界面修饰材料对电池性能的影响
　　PbSO4PbTi3O7界面修饰材料可以促进界面电子的提取和传输，减少电荷复合，修饰后的钙钛矿光伏器件效率和稳定性明显提升。
　　（来源：Angew。Chem。Int。Ed。）Figure5。（a）CrosssectionalSEMimageofPSCwithPbSO4PbTi3O7。（b）BestJVdatatestedinreverse（RS）andforward（FS）scansofPSCswithoutandwithPbSO4PbTi3O7。（c）Histogramsoftheefficienciesamong20PSCswithoutandwithPbSO4PbTi3O7。（d）Thermalstabilityat85Cwith30humidity。（e）PhotostabilityatAM1。5Gilluminationand65CinN2atmosphere。（f）Moisturestabilitymeasuredat65humidityinenvironmentconditions。
　　文章链接
　　DirectionalTransformationofHeterometallicOxoClusters：ANewApproachtoPrepareWideBandgapCathodeInterlayersforPerovskiteSolarCells
　　GuoBinXiao，XijiaoMu，ShuyuZhou，LiuZhu，YongPeng，QingLiang，XiaoxinZou，JianZhang，LeiZhang，andJingCao
　　https：doi。org10。1002anie。202218478
　　通讯作者简介
　　曹靖教授简介
　　曹靖，教授，博士生导师，博士毕业于厦门大学化学化工学院，导师：郑南峰教授，2017年10月加入兰州大学化学化工学院，入选教育部长江学者奖励计划（青年学者）、中国化学会20182020年度青年人才托举工程推举人才、甘肃省杰出青年基金以及陇原创新创业人才等项目，主持国家自然科学基金面上和青年等项目。研究方向主要集中在：新能源材料的设计合成以及光伏应用研究（主要是染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池）。
　　张磊教授简介
　　张磊，教授，博士生导师，2009年获中国科学院福建物质结构研究所博士学位。2014年9月至2022年8月任中科院福建物构所研究员，2022年8月至今任南开大学电子信息与光学工程学院教授，主要研究方向为金属氧簇合成、结构设计、性能调控以及应用拓展等。以第一或通讯作者在Acc。Chem。Res。，Chem。Soc。Rev。，J。Am。Chem。Soc。（6），Angew。Chem。Int。Ed。（9），CCSChem。（2）等国内外知名期刊发表学术论文100余篇；申请、授权发明专利10余项；目前担任《中国科学：化学》《应用化学》《ChineseChemicalLetters》《Polyoxometalates》等期刊青年编委。作为负责人主持国家基金委优秀青年科学基金、重大研究计划培育项目、面上项目、福建省杰青项目等。曾入选中科院上海分院第八届杰出科技创新人才，中国青年化学家元素周期表钛元素代言人。